Иллюстрация художника о том, как могла бы выглядеть частично расплавленная луна. Кредит: Центр космического полета НАСА Годдард
Несмотря на то, что люди обдумывали луну, так как первые из нас посмотрели в небо, мы еще многое не знаем об этом.
Одним из этих неразрешенных вопросов является его история происхождения. Мы думаем, что луна сформировалась после колоссального столкновения между Землей, и еще один огромный объект создал два шарика расплавленной магмы. Но мы не знаем точно, когда и как.
Теперь ученые сделали новые измерения на лунных скалах из миссий Аполлона, чтобы установить дату на время затвердевания Луны: 4,43 миллиарда лет назад.
Исследование, опубликованное в процессе Национальной академии наук в результате сотрудничества, в том числе ученых Чикагского университета, применяли передовые методы, чтобы сделать ультрапретические показания редких минералов в скалах. Результаты добавляют доказательства нашего понимания истории формирования как Луны, так и Земли.
Это ставит точный возраст для формирования Луны, а также потенциально времени, когда земля стала обитаемой.
«Нам потребовались годы, чтобы разработать эти методы, но мы получили очень точный ответ на вопрос, который был спорным в течение долгого времени», — сказал Николас Дауфхас, первый автор в газете, который возглавляет лабораторию Uchicago Origins и является Профессор кафедры геофизических наук и Институт Энрико Ферми.
Луны, метеориты и магма
Вот что мы знаем до сих пор.
Солнечная система сформировалась около 4,57 миллиарда лет назад. Вскоре после того, как он охлаждался, мусор начал столкнуться и с течением времени сталкиваться вместе, образуя планеты. Ученые считают, что очень большой объект врезался в растущую землю, и что наша луна, образованная из мусора, создаваемого этим воздействием.
Это столкновение было чрезвычайно сильным, сказал Доуфхас, достаточно, чтобы растопить камни, «поэтому сначала мы должны представить себе большой шарик магмы, плавающий в космосе вокруг Земли».
Луна быстро начала остыть. Большая часть лунного магма -океана почти сразу же затвердела геологическими стандартами — около тысячелетия.
Но однажды около 80% магмы закрепились, образовалась кора минералов, которая изолировала молодую луну. «Это все равно, что надевать пальто в Чикаго, когда будет холодно — вы не потеряете жар так быстро», — сказал Доуфхас. Это замедлило процесс охлаждения, и на какое -то время луна была частично расплавленная мантия. То, что мы не смогли определить, это то, как долго он оставался таким, прежде чем оно охладилось вниз и стал твердым камнем.
Исследования образцов из миссий «Аполлон» показали, что когда луна медленно охлаждается, смесь определенных элементов плавала вверх в частично расплавленной мантии — немного похожая на слоистую белую соль, оставленную после того, как морская вода испарялась и образовала отдельный слой. Ученые подумали, что, если они смогут найти точный возраст для этого магма -слоя, в котором содержалось много калия, редкоземельных элементов и фосфора (Kreep для краткости), они знали бы, когда луна была кристаллизована на 99%.
Доуфхас и соавторы задавались вопросом, можно ли заперт ответ в лунных скалах, извлеченных астронавтами Аполлона.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Лунные радиоактивные часы
Ключом к их подходу было рассмотрение различных пропорций элементов. Одним из элементов в Kreep является Lutetium, который очень слегка радиоактивный; Начиная с эонов, он постепенно превращается в элемент хафния с предсказуемой скоростью. Таким образом, ученые могут работать назад, чтобы увидеть, как долго находится конкретный камень. (Это похоже на то, как мы используем углеродные знакомства, чтобы сказать, сколько лет археологическим артефактам.)
В ранней солнечной системе все камни имели одинаковое количество лучета. Но процесс затвердевания, который сформировал Kreep, не предпочитал Lutetium, так что слой имеет более низкие уровни Lutetium, чем другие породы из той же эры.
Если бы ученые могли бы очень точно измерить пропорции лютетии и полунами в лунных породах по сравнению с другими вещами той же эры, но это поступило из других мест вокруг солнечной системы, таких как метеориты, они могли бы рассчитать назад, чтобы увидеть, когда сформировался слой Креп. И, таким образом, когда луна была почти сделана охлаждением.
Проблема в том, что у нас есть только маленькие, драгоценные образцы лунных камней. Таким образом, команде, в том числе Синди Си Чен, доктор философии 22, пришлось разработать чрезвычайно строгие методы, чтобы отделить различные элементы.
Проверка крошечных образцов лунных скал, извлеченных из нескольких миссий Аполлона, они придумали возраст для охлаждения Луны: 4,43 миллиарда лет до сегодняшнего дня.
Основываясь на других исследованиях, ученые считают, что для охлаждения Луны потребовалось бы около 20 миллионов лет. Работая задом наперед, это ставит формирование самой Луны около 4,45 миллионов лет назад.
Это не только рассказывает нам об истории Луны, но и о формировании Земли, поскольку воздействие, которое родило Луну, вероятно, также последним важным воздействием на Землю — начала дату, когда Земля могла сначала стать стабильной,. становится гостеприимным на всю жизнь.
«Этот вывод хорошо согласуется с другими доказательствами-это отличное место, где мы готовимся к получению дополнительных знаний о Луне из миссий Чанг-и и Артемида»,-сказал Доуфхас. «У нас есть ряд других вопросов, которые ожидают ответа».
Доуфхас сказал, что посвятил исследование в память о своей жене и коллеге -геохимике Рейка Йокочи, профессора исследования в Учикаго, который скончался в 2024 году. «Она сыграла важную роль во всех аспектах моих исследований», — сказал он.
Информация от: Чикагским университетом
